Temel araştırma, yeni optik malzemelerin anlaşılmasını geliştirir

Temel araştırma, yeni optik malzemelerin anlaşılmasını geliştirir

Alkalin-toprak kalkojenit (AeCh) nanokristallerinin birim hücreleri ve elektron mikrografları. Kredi: ABD Enerji Bakanlığı Ames Ulusal Laboratuvarı

Yeni malzemelerin sentezine yönelik araştırmalar, güneş panelleri ve ışık yayan diyotlar (LED’ler) gibi daha sürdürülebilir ve çevre dostu ürünlere yol açabilir. Ames Ulusal Laboratuvarı ve Iowa Eyalet Üniversitesi’nden bilim adamları, alkali toprak kalkojenitler için bir kolloidal sentez yöntemi geliştirdiler. Bu yöntem, malzemedeki nanokristallerin boyutunu kontrol etmelerini sağlar. Ayrıca nanokristallerin yüzey kimyasını inceleyebildiler ve ilgili malzemelerin saflığını ve optik özelliklerini değerlendirebildiler. Araştırmaları, “Alkali-Earth Chalcogenide Nanocrystals: Solution-Fase Synthesis, Surface Chemistry, and Stability” adlı makalesinde tartışılmıştır. ACS Nano.

Alkali toprak kalkojenitler, bilim adamları arasında artan ilgi gören bir tür yarı iletkendir. Biyogörüntüleme, LED’ler ve termal sensörler gibi çeşitli olası uygulamalara sahiptirler. Bu bileşikler aynı zamanda, ışığı enerjiye dönüştüren perovskitler gibi optik malzemeleri yapmak için de kullanılabilir.

Ames Laboratuarı bilim adamı ve Iowa Eyalet Üniversitesi’nde John D. Corbett Kimya Profesörü Javier Vela’ya göre, bu yeni malzemelerin ilgi çekici olmasının bir nedeni, “bunların toprakta bol ve biyolojik olarak uyumlu elementlerden oluşmasıdır, bu da onları diğerlerine kıyasla avantajlı alternatifler haline getirir. en yaygın kullanılan toksik veya pahalı yarı iletkenlere.”

Vela, daha yaygın olarak kullanılan yarı iletkenlerin, her ikisi de insan sağlığına ve çevreye zararlı elementler olan kurşun veya kadmiyum içerdiğini açıkladı. Ek olarak, bilim adamlarının bu malzemeleri sentezlemek için kullandıkları en popüler teknik, katı hal reaksiyonlarını içerir. “Bu reaksiyonlar genellikle aşırı yüksek sıcaklıklarda (900 °C veya 1652 °F’nin üzerinde) meydana gelir ve günlerden haftalara kadar sürebilen reaksiyon süreleri gerektirir” dedi.

Öte yandan Vela, “çözelti fazı (kolloidal) kimyasının çok daha düşük (300 °C veya 572 °F’nin altında) sıcaklıklar ve daha kısa reaksiyon süreleri kullanılarak gerçekleştirilebileceğini” açıkladı. Bu nedenle, Vela’nın ekibinin kullandığı kolloidal yöntem, malzemeleri sentezlemek için daha az enerji ve zaman gerektirir.

Vela’nın ekibi, kolloidal sentez yönteminin nanokristallerin boyutunu kontrol etmelerine izin verdiğini buldu. Nanokristal boyutu, bazı malzemelerin optik özelliklerini belirlediği için önemlidir. Vela, bilim adamlarının parçacıkların boyutunu değiştirerek malzemelerin ışığı ne kadar iyi emdiğini etkileyebileceğini açıkladı. “Bu, sadece nanokristal boyutunu değiştirerek belirli uygulamalar için daha uygun malzemeleri potansiyel olarak sentezleyebileceğimiz anlamına geliyor” dedi.

Vela’ya göre, ekibin asıl amacı, güneş cihazlarında potansiyel kullanımları nedeniyle yarı iletken alkali-toprak kalkojenit perovskitleri sentezlemekti. Ancak bu hedefe ulaşmak için, toprak alkali kalkojenitlerin temel kimyasını daha derinden anlamaları gerekiyordu. Bunun yerine bu ikili materyallere odaklanmayı seçtiler.

Vela, araştırmalarının, bilim insanlarının toprakta bol miktarda bulunan ve toksik olmayan elementlerden yapılmış fotovoltaik, ışıldayan ve termoelektrik malzemeler hakkındaki anlayışını geliştirme ihtiyacını karşıladığını söyledi. “Bu projedeki gelişmelerimizin nihayetinde alkalin-toprak kalkojenit perovskitler gibi daha karmaşık nanomalzemelerin sentezine yardımcı olmasını umuyoruz” dedi.

Çalışma yazarları arasında Alison N. Roth, Yunhua Chen, Marquix AS Adamson, Eunbyeol Gi, Molly Wagner, Aaron J. Rossini ve Javier Vela vardı.


Kimyagerler, yarı iletkenleri sentezlemek için bol, düşük maliyetli ve toksik olmayan elementler kullanır


Daha fazla bilgi:
Alison N. Roth ve diğerleri, Alkaline-Earth Chalcogenide Nanocrystals: Solution-Fase Synthesis, Surface Chemistry, and Stability, ACS Nano (2022). DOI: 10.1021/acsnano.2c02116

Ames Laboratuvarı tarafından sağlanan

Alıntı: Temel araştırma, yeni optik malzemelerin (2022, 20 Eylül) anlaşılmasını geliştirir, 22 Eylül 2022’de https://phys.org/news/2022-09-fundamental-optical-materials.html adresinden alınmıştır.

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.